一种适于脉动条件的气液分离器的设计与研究

文中针对在流量脉动条件下,无罩、圆柱状、“柱+锥”状稳涡罩对气液分离器的分离性能及流场特性产生的影响,进行了数值模拟和试验研究,提出了旋流场脉动衰减程度评价指标———脉动衰减率(ηp),其值大小与脉动衰减性能成反比。研究结果显示:在流量脉动条件下,“柱+锥”状稳涡罩对于提高旋流场稳定性的能力最为显著,脉动衰减率为0.01028,分离效率最高可达95.15%;同时,运用高速摄像技术对两相流场中气核运动及变化形态进行可视化观测,掌握了基于流量脉动条件下,旋流场内气核的运移规律,并将其划分为4个阶段(断续阶段、汇聚阶段、融合阶段、最终阶段),发现“柱+锥”状稳涡罩旋流器的气核向中心轴线聚集趋势显著,形成具有向上运动形态的空气柱,对旋流场内脉动流有明显的抑制作用。

丝网气液分离元件结构及性能研究进展

丝网气液分离元件广泛应用于石油化工等领域,文章综述了近年来丝网气液分离元件结构与性能的研究进展。首先阐述丝网气液分离元件的分离机理,总结出其分离效率和压降计算模型。调研了操作条件及丝网结构参数等影响因素对丝网分离效率和压降的影响,从丝网持液量和液滴撞击网丝两方面揭示丝网气液分离元件的二次夹带机理,并分析了气速、液体体积百分比、丝网结构参数等主要影响因素对二次夹带的影响机制。分析了应用于石油化工领域的典型丝网气液分离元件的结构特点及与其他分离方式的组合形式,总结出丝网气液分离元件的机理研究、结构设计与性能优化的发展方向。

高含气井低速叶轮动态气液分离设备参数优化

针对目前高含气井电潜螺杆泵举升效率低的问题,提出一种低速叶轮动态气液分离方法。综合高气油比、低转速、低液量等因素的影响,建立低速叶轮气液分离场气泡运移数学模型和动态气液分离RNG k-ε模型,依据SIMPLE压力-速度耦合算法求解结果,揭示叶片数目、叶片螺距和叶片长度等参数对动态气液分离效率的影响规律,并依据叶轮结构优化正交试验结果,探究转速和含气量等操作参数的敏感性及其对分离效率的影响。研究结果表明:增加叶片数目、叶片螺距和叶片长度时,低速叶轮动态分离效率先增大后减小;叶片数目为15片,叶片螺距为250 mm,叶片长度为420 mm时,分离效率达到最大值81%;增大转速可有效提升低速叶轮动态分离效率,转速由150 r/min提至300 r/min,分离效率由38%显著升至81%;同时低速叶轮动态分离效率随含气量的增加而不断减小,入口含气量由35%增至50%,分离效率则由87%降至63%。所得结论可为适用于电潜螺杆泵的低速叶轮动态气液分离设备的参数优化提供指导。

叶片式气液分离器结构优化

为了研究结构参数对叶片式气液分离器分离性能的影响,采用Realizable k-ε湍流模型和DPM模型,对叶片结构参数进行优化,对叶片式分离器内的气液两相流动进行模拟研究,得到了分离器内速度分布、压力分布以及结构参数对分离效率和压降的影响规律,并通过气液分离试验验证了模拟的可靠性。结果表明:对于本文设计的DN450型叶片式气液分离器,叶片弯曲角度为100°时可有效分离粒径为40μm及以上的液滴,继续增大该参数并无明显效果,且对压降无明显影响;叶片数目为12、叶片倾角为5°、叶片分布锥角为9°时,分离器的分离效率最高且压降最低,处理气量为150 m3/h时,压降低于50 Pa;对于30μm以上的液滴,分离效率可达到90%以上。优化后结构相比于优化前,对于30μm粒径液滴,当处理气量大于90 m^(3)/h时,分离效率可提升最高达到60%,40μm液滴分离效率提升了29%;优化前、后结构压降基本一致。研究成果可为叶片式气液分离器的进一步改进和实际工程应用提供理论依据。

脱液型管式气液分离器旋流分离段内液膜流动和分离特性

脱液型管式气液分离器旋流分离段内液膜流动特性是影响分离性能的关键因素,掌握液膜流动与分离效率之间的关系对结构改进和性能提升至关重要。本文改变液气比、入口气速、分流比和旋流叶片出口角等因素开展室内实验测试,获得不同工况下液膜流动的高速摄影图像和分离效率,基于Matlab编程建立液膜表面波速度和角度的图像分析方法,确定液膜流动特性与分离效率之间的关系。结果表明,液气比在0.12~0.3L/m3范围内,液气比和分流比对分离效率和液膜表面波速度的影响不明显;入口气速对分离效率和液膜表面波速度的影响最为显著,随着入口气速逐渐增加,分离效率先增大后减小,在入口气速18.82m/s时出现拐点;旋流叶片出口角分别为30°、45°、60°时,分离效率由大到小依次为30°>45°>60°,液膜表面波速度由大到小依次为60°>45°>30°。总的来说,旋流分离管段内液膜表面波速度0.98m/s为临界值,液膜表面波速度大于该值时,环缝排液口处液膜更易发生破碎,部分破碎的大液滴在重力和气流作用下进入气相出口,导致气液分离效率显著下降;液膜表面波速度小于0.98m/s时,分离效率基本保持在98%以上。

空间液氪气液分离装置流阻特性及数值模拟

为满足低温推进剂在空间微重力环境中的气液分离要求,针对液氪低温推进剂在轨管理与传输问题,建立筛网式气液分离装置单通道流动压力损失的理论预测模型,获取120 K饱和状态液氪在325×2300荷兰斜纹编织网中流动的泡破点压力。对比分析了不同低温流体、通道宽度、质量流量对过网压降的影响规律,获得了液氪在通道中流动的压降分布,并通过国外液氢过网压降实验数据对模型进行了验证。通过建立液氪单通道流动数值仿真模型,较好地预测了过网压力损失。

烷基化工艺泄漏油气混合物气液分离及回收特性的实验研究

烷基化工艺为重点监管危险工艺,其泄漏后的危险物料极易引发火灾、爆炸等二次事故。对泄漏的气、液多相态混合物料进行分离、回收对于降低事故危险,预防事故升级具有重要意义。设计了新型的套筒式气液分离器,并研究了不同物性的浅液层和纯液体泄漏物在不同风机频率、充液高度下的回收量、分离效率,还对气液分离关键组件进行性能分析和优化。结果表明,浅液层与纯液体泄漏回收量随黏度的增加而下降,最大降低55%和20%,最大回收量分别为25 kg/min和98.5 kg/min。对于难挥发液体,分离效率接近100%,对于中高黏度液体,总体效率均超过80%。优化后的向上旋液气液分离器对高黏度的液体回收量提升了约20%,压降降低约10%。

热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化

超长重力热管开采地热能的过程中,热管中下降的冷凝液与上升的热蒸汽易相互碰撞而引发蒸汽带液情况,通过在绝热段增设气液分离器可有效预防这一问题。介绍了新型热管型地热系统中气液分离结构(气液分离器)的特点,采用计算流体力学方法,建立了气液分离器有限元模型并对其外部流场进行模拟。通过在分离器外部空腔内设置螺旋导流板,调节气液分离器入口管高度、偏心距及螺旋导流板板螺数、螺距,进行优化分析研究。设置螺旋导流板后,液体在分离器出口处的流动更加稳定,冷凝水入口与气液分离器出口距离与压降成正比关系,入口管偏心距与内管内壁面切应力成反比关系。螺旋导流板螺数为5、螺距为200 mm时分离器出口液体的均匀性和稳定性最优。

基于气液分离的天然气双入口优化设计

针对油田产出液体的实际工作条件,进行两进口气-液分离机的流场及分离性能的仿真分析。研究结果显示,在微细颗粒来流条件下,不管进口液相容积率有多大,都应该调整到低于进口液相容积率的分流率,使进口液相水位稍高一些这样才能达到更好的气液分离效果。

大型工业化费托合成装置气液分离元件的CFD模拟

为提高费托合成装置关键组分重质烃的气液分离效率,建立了波纹板上气液两相流的三维CFD模型,研究了复杂结构波纹板内流体流动特性,分析了分离器内气相速度场、压力场分布以及雾滴的运动行为,考察了分离器结构参数对压降和分离效率的影响规律,并对两种不同结构的波纹板进行了工业化运行验证。模拟结果表明:带钩波纹板对改善费托合成气相回路气液分离的效果作用明显,分离效率及压降随钩片长度和钩片倾角的增大而增大,随叶片间距的增大而降低;工业化运行验证结果表明:带有钩片的分离元件不适用于费托合成浆态床工艺,与带钩波纹板相比,应用光滑波纹板后,重质烃分离量提高,分离器阻力降降低,循环气量增加,反应转化率增长,重质烃分离性能提高,产物馏程分割更为精细。

高速聚结型井下气液分离器多参数组合优化设计

为解决天然气井井下气相夹液及超高气液比气液分离器分离效率低等问题,设计了一种适用于高气液比井下的气液分离装置。通过数值模拟研究及正交试验法确定了分离器较优结构模型,并分析了不同进口速度、气液比以及分流比对其分离效率的影响。研究结果表明:影响分离器分离效率因素的主次程度依次为聚集挡板角度>聚集挡板间距>聚集挡板数,在27 m^(3)/d的流量下,75.9 mm内径的井下气液分离装置的最优结构为聚集挡板数18个,聚集挡板间距40 mm,聚集挡板角度45°,且当气液比为7∶1、装置进口速度为15 m/s、分流比为7∶1时,分离效率达93.6%;将装置第一级设置为聚结螺旋轴入式旋流分离可使气液分离效率得以提升。所得结论可为天然气井井下气液分离器的设计提供技术参考。

SK505-Ⅱ高效气液分离装置试验研究分析

在双碳目标下,针对钢铁行业及燃煤电厂的烟尘、二氧化硫排放提出了“超净排放”、“近零排放”的更高要求。基于此,对SK505-Ⅱ高效气液分离装置进行了改进研究。采用控制变量法对SK505-Ⅱ气液分离装置的两种筒径(φ800、φ500)进行对比分析,得到该高效气液分离装置的最佳流速及对应的阻力范围、气液分离效率及除雾除尘能力等。研究结果为该高效气液分离装置后续应用在不同工况下进一步实现节能减排提供了参考依据和理论支持。

干气压缩机级间气液分离器开裂失效分析

研究了某公司干气压缩机级间气液分离器开裂失效的问题,通过对开裂的本体裂纹处筒体进行切割取样,进行化学分析、硬度试验、铁素体含量检测、宏观检验、金相检验、微观形貌分析和应力分析检测,结果表明该气液分离器筋板与外筒体连接处附近区域开裂是由于介质冲击载荷(疲劳载荷)、局部结构应力、焊接残余应力等联合作用,造成筋板与外筒体的焊接接头的两端焊趾附近萌生裂纹或使该处可能存在的缺陷成为裂纹源,并不断由外筒体内壁向外筒体外壁穿晶扩展,最终发生穿透。

基于Flow-Simulation的气液分离器设计仿真分析研究

为解决燃气发电机组瓦斯气源含水量高的问题,对燃气发电机组气液分离器进行了设计与仿真分析。首先根据功能要求进行气液分离器设计参数计算,用Solidworks三维建模,然后利用Flow-Simulation进行CFD流体动力学仿真,得到气液分离器内的压力云图、速度云图和运动轨迹图;从压力云图中看出压力损失为784 Pa,能够满足压力损失≤1 kPa的要求。后经现场试验气液分离器分离效率达到93.6%,有效地提高了燃气发电机组的发电效率。该款设计优化后的旋风式气液分离器能够满足设计使用要求。

某海上油田压缩机入口气液分离工艺改造方案及实施效果

压缩机在石油、化工等生产行业中已得到广泛应用。但在实际运行中,压缩的天然气可能含有油、水、固体颗粒等有害成分,随着设备的长期运行,将导致压缩装置损坏,使生产流程存在较大安全隐患。以某海上油田为例,结合该油田的压缩机系统工艺流程特点,对中压压缩机机组入口流程进行改造,在机组前新增一台气液高效涤气装置,可有效脱除天然气中携带的大部分水和液烃,消除生产过程中出现的安全隐患,为其他油田在类似问题处理方面提供实践经验和理论依据。

气液分离器高频异常噪声分析与改善

针对空调器室外机气液分离器出现1 208 Hz异常噪声的问题,基于模态测试与仿真理论,对气液分离器的内部管路进行模态测试与仿真分析。研究结果表明:该异常噪声由气液分离器的固定板与内部管路局部共振引起;模态测试与仿真的固有频率仅差6 Hz,且模态振型一致,说明有限元模型准确性高,可用于指导方案的优化设计,缩短验证周期;固定板采用翻边设计,且内部管路薄弱部位增加2块固定板,气液分离器的固有频率可以有效避开1 208 Hz的激振频率,使室外机的噪声值从67.6 dB(A)降低至66.5 dB(A),1 208 Hz频率下的噪声峰值从60.76 dB(A)降至35.46 dB(A),高频异常噪声消失,改善显著。

颠簸状态下制冷系统气液分离器性能的影响研究

现今,制冷系统在各种工业和民用领域得到了广泛应用,其性能直接影响系统的能效和可靠性。然而,在实际运行过程中,制冷系统常常会遇到各种颠簸状态,如车载、船载和航空等特殊环境下的振动和冲击,这些颠簸状态会对制冷系统中的关键部件产生显著影响,尤其是气液分离器的性能。因此,本文针对颠簸状态下制冷系统气液分离器性能的影响进行深入研究,旨在优化气液分离器的设计和运行,提高其在颠簸环境下的适应性和鲁棒性,从而保障制冷系统的高效、可靠运行。

气液分离器液相出口管线的腐蚀原因分析

某油田气液分离器的液相出口弯头和直管段均发现壁厚减薄,并存在2处穿孔泄漏。通过宏观检查、化学成分分析、金相分析、硬度检测、腐蚀形貌分析和垢物成分分析等方法,结合实际工况,对分离器液相出口弯头及直管的腐蚀原因进行了分析。结果表明,垢下腐蚀是导致管壁减薄、穿孔的主要原因,介质中的Cl和O等元素加速了腐蚀过程。

小型窗机滚动转子压缩机气液分离器结构设计研究

本文首先围绕整体结构布局(分离器外壳设计和内部流道设计)、分离原理(主要探讨离心分离原理及机械与重力分离的结合)、关键组件设计(涵盖滚动转子与气液接触区域设计、分离器的入口和出口设计)、材料选择与热管理(主要包括耐腐蚀材料的选择。热传导性能)等方面,分析了小型窗机滚动转子压缩机气液分离器的结构设计要素。在此基础上,本文从气液分离效率测试、流体动力学模拟及结构强度与稳定性等方面着手,评估了小型窗机滚动转子压缩机在气液分离器的性能,为进一步优化气液分离器提供了参考。

天然气水合物举升管气液分离过程数值模拟与方案优选

为了提高天然气水合物气液分离效率,加快天然气水合物开采利用,以我国南海水合物开采工况为基础,结合天然气水合物开采工艺设计原则,采用流体力学数值模拟方法分别对轴流导叶式、管柱式、螺旋式3种气液分离装置进行数值模拟分析,重点研究了不同液相含量对3种气液分离装置气液分离效率的影响,并得到了3种气液分离装置的适用工况。研究结果表明,轴流导叶式、管柱式气液分离装置适用于液相流量较高、在分离空间内可形成液位的工况,螺旋式气液分离装置适用于液相含量较低且流量不大的工况。结合我国南海天然气水合物的含水状态,以液相含量10%、产气量30000 m~3/d为优选条件,以分离效率和压降为优化目标参数,确定螺旋式分离装置更适用于南海天然气水合物井下气液分离。该研究可为天然气水合物气液分离方案设计与优选提供指导。